8 obstacles au développement de la technologie CNC à cinq axes

L'usinage à cinq axes est un mode de traitement des machines-outils CNC. En utilisant un mouvement d'interpolation linéaire de 5 coordonnées quelconques en X, Y, Z, A, B, C, la machine-outil utilisée pour l'usinage à cinq axes est généralement appelée machine-outil à cinq axes ou centre d'usinage à cinq axes. Mais comprenez-vous vraiment l’usinage cinq axes ?

La programmation CNC à cinq axes est abstraite et difficile à utiliser

Les machines-outils à trois axes n'ont que des axes de coordonnées linéaires, tandis que les machines-outils CNC à cinq axes ont diverses structures ; le même code NC peut obtenir le même effet de traitement sur différentes machines-outils CNC à trois axes, mais le code NC d'une certaine machine-outil à cinq axes ne peut pas être appliqué à tous les types de machines à cinq axes. En plus du mouvement linéaire, la programmation CN doit également coordonner les calculs liés au mouvement rotatif, tels que l'inspection de la course d'angle de rotation, la vérification des erreurs non linéaires, le calcul du mouvement de rotation de l'outil, etc. La quantité d'informations à traiter est très importante et la programmation CN est extrêmement abstrait.

Les compétences d'exploitation et de programmation de l'usinage CNC à cinq axes sont étroitement liées. Si l'utilisateur ajoute des fonctions spéciales à la machine-outil, la programmation et le fonctionnement seront plus compliqués. Ce n'est que par une pratique répétée que la programmation et les opérateurs peuvent maîtriser les connaissances et les compétences nécessaires. Le manque de programmeurs et d’opérateurs expérimentés constitue un obstacle majeur à la vulgarisation de la technologie CNC à cinq axes.

 

Exigences très strictes concernant le contrôleur d'interpolation NC et le système de servomoteur

Le mouvement de la machine-outil à cinq axes est la synthèse des mouvements des cinq axes de coordonnées. L'ajout de coordonnées de rotation augmente non seulement la charge des calculs d'interpolation, mais les petites erreurs des coordonnées de rotation réduiront également considérablement la précision de l'usinage. Par conséquent, le contrôleur doit avoir une plus grande précision de fonctionnement.

 

Les caractéristiques cinématiques de la machine-outil à cinq axes nécessitent que le système d'asservissement ait de bonnes caractéristiques dynamiques et une large plage de vitesse.

 

La vérification du programme CN d'une CNC à cinq axes est particulièrement importante

Afin d'améliorer l'efficacité de l'usinage, il est urgent d'éliminer la méthode d'étalonnage traditionnelle « méthode de coupe d'essai ». Dans l'usinage CNC à cinq axes, la vérification des programmes CN est également devenue très importante, car les pièces habituellement traitées par les machines-outils CNC à cinq axes sont très coûteuses et les collisions sont un problème courant dans l'usinage CNC à cinq axes : l'outil coupe dans la pièce à usiner ; Collision avec la pièce à très grande vitesse ; collision entre l'outil et la machine-outil, le montage et d'autres équipements dans la plage de traitement ; collision entre la partie mobile de la machine-outil et la partie fixe ou la pièce. Dans une CNC à cinq axes, la collision est difficile à prédire et le programme d'étalonnage doit effectuer une analyse complète de la cinématique de la machine-outil et du système de contrôle.

Si le système CAM détecte une erreur, la trajectoire de l'outil peut être traitée immédiatement ; mais si une erreur de programme CN est détectée lors de l'usinage, la trajectoire de l'outil ne peut pas être directement modifiée comme dans une CNC à trois axes. Sur une machine-outil à trois axes, l'opérateur de la machine peut modifier directement des paramètres tels que le rayon de l'outil. Dans l'usinage cinq axes, la situation n'est pas si simple, car les changements de taille et de position de l'outil ont un impact direct sur la trajectoire du mouvement de rotation ultérieur.

 

Compensation du rayon d'outil

Dans le programme CN à liaison cinq axes, la fonction de compensation de longueur d'outil est toujours valide, mais la compensation de rayon d'outil n'est pas valide. Lorsque le fraisage par contact est effectué avec une fraise cylindrique, différents programmes doivent être compilés pour des fraises de différents diamètres. Aucun des systèmes CNC populaires actuels ne peut effectuer la compensation du rayon d'outil, car le fichier ISO ne fournit pas suffisamment de données pour recalculer la position de l'outil. L'utilisateur doit changer fréquemment d'outil ou ajuster la taille exacte de l'outil pendant l'usinage CNC. Selon la procédure de traitement normale, la trajectoire de l'outil doit être renvoyée au système CAM pour recalcul. En conséquence, l’efficacité de l’ensemble du processus de traitement est très faible.

 

En réponse à ce problème, des chercheurs norvégiens développent une solution temporaire appelée LCOPS (Low Cost Optimized Production Strategy, Low Cost Optimized Production Strategy). Les données requises pour la correction de la trajectoire d'outil sont transférées de l'application CNC au système CAM, et la trajectoire d'outil calculée est envoyée directement au contrôleur. LCOPS nécessite qu'un tiers fournisse un logiciel de FAO pouvant être connecté directement à la machine CNC, où les fichiers du système CAM sont transférés au lieu des codes ISO. La solution ultime à ce problème dépend de l'introduction d'une nouvelle génération de systèmes de contrôle CNC capables de reconnaître les fichiers de modèles de pièces dans des formats courants (tels que STEP, etc.) ou les fichiers du système CAO.

 

Post-processeur

La différence entre une machine-outil à cinq axes et une machine-outil à trois axes est qu'elle possède deux coordonnées de rotation. La position de l'outil est convertie du système de coordonnées de la pièce en système de coordonnées de la machine-outil, et plusieurs transformations de coordonnées sont nécessaires au milieu. En utilisant le générateur de post-processeur populaire sur le marché, seuls les paramètres de base de la machine-outil peuvent être saisis pour générer le post-processeur de la machine-outil CNC à trois axes. Pour les machines-outils CNC à cinq axes, il n'existe actuellement que quelques post-processeurs améliorés. Le post-processeur de la machine-outil CNC à cinq axes doit encore être développé.

 

Lorsque les trois axes sont liés, la position de l'origine de la pièce sur la table de la machine n'a pas besoin d'être prise en compte dans la trajectoire de l'outil, et le post-processeur peut gérer automatiquement la relation entre le système de coordonnées de la pièce et les coordonnées de la machine-outil. système. Pour une liaison à cinq axes, par exemple, lors du traitement sur une fraiseuse horizontale avec une liaison à cinq axes X, Y, Z, B et C, la taille de position de la pièce sur le plateau tournant C et les dimensions de position entre les axes B et Les platines C, lors de la génération du parcours d'outil, doivent être prises en compte. Les travailleurs passent généralement beaucoup de temps à gérer ces relations de position lors du serrage des pièces. Si le post-processeur peut traiter ces données, l'installation de la pièce et le traitement du parcours d'outil seront grandement simplifiés ; il suffit de serrer la pièce sur la table, de mesurer la position et l'orientation du système de coordonnées de la pièce et de saisir ces données dans le post-traitement. Après avoir traité la trajectoire de l'outil, le programme CN approprié peut être obtenu.

 

Erreurs non linéaires et problèmes de singularité

En raison de l'introduction de coordonnées de rotation, la cinématique d'une machine-outil CNC à cinq axes est beaucoup plus compliquée que celle d'une machine-outil à trois axes. Le premier problème lié à la rotation est l’erreur non linéaire. L'erreur non linéaire doit être attribuée à l'erreur de programmation, qui peut être contrôlée en réduisant la distance de pas. Dans la phase de pré-calcul, le programmeur ne peut pas connaître la taille de l'erreur non linéaire, et l'erreur non linéaire ne peut être calculée qu'après que le programme de la machine-outil a été généré par le post-processeur. La linéarisation du parcours outil peut résoudre ce problème. Certains systèmes de contrôle sont capables de linéariser la trajectoire de l'outil pendant l'usinage, mais cela se fait généralement dans un post-processeur.

 

Un autre problème causé par l’axe de rotation est la singularité. Si la singularité est à la position extrême de l'axe de rotation, une petite oscillation à proximité de la singularité entraînera un retournement de 180 degrés de l'axe de rotation, ce qui est assez dangereux.

 

Exigences pour les systèmes CAD/CAM

Pour l'exploitation du traitement du pentaèdre, l'utilisateur doit s'appuyer sur un système CAO/FAO mature et doit disposer de programmeurs expérimentés pour faire fonctionner le système CAO/FAO.

 

Investissement important dans l’achat de machines-outils

Il existait autrefois un énorme écart de prix entre les machines à cinq axes et les machines à trois axes. Désormais, l'ajout d'un axe rotatif à une machine-outil à trois axes représente essentiellement le prix d'une machine-outil à trois axes ordinaire, qui peut réaliser les fonctions d'une machine-outil multi-axes. Dans le même temps, le prix des machines-outils à cinq axes n’est que de 30 à 50 % plus élevé que celui des machines-outils à trois axes.

En plus de l'investissement dans la machine-outil elle-même, le logiciel du système CAO/FAO et le post-processeur doivent être mis à niveau pour répondre aux exigences de l'usinage à cinq axes ; le programme d'étalonnage doit être mis à niveau afin de pouvoir simuler l'ensemble de la machine-outil.